JP2010026516A - Fixing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像形成装置における定着装置に関し、特に、定着装置において被加熱材であるシートを加熱する加熱部材の温度のバラつきを低減する技術に関する。 The present invention relates to a fixing device in an image forming apparatus, and more particularly, to a technique for reducing temperature variation of a heating member that heats a sheet that is a heated material in the fixing device.
従来、定着装置の定着ローラや定着ベルト等には、定着ローラ等にトナーが付着することを防ぐための離型層や、定着ローラ等の表面の柔軟性を調整するための弾性層が形成されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fixing layer, a fixing belt, and the like of a fixing device are formed with a release layer for preventing toner from adhering to the fixing roller and an elastic layer for adjusting the flexibility of the surface of the fixing roller. ing.
これら離型層等は材料として主に樹脂が用いられるが、通常樹脂は金属などに比べて熱伝導率が低い。そのため、定着ローラ等の表面を構成する離型層等において温度のバラつきが生じると、その解消に時間がかかっていた。そして、定着ローラ等の円周方向や軸方向に温度のバラつきが生じたまま、トナーを定着させると、定着されたトナーの光沢ムラや色ムラの要因となる。 Resins are mainly used as materials for these release layers and the like, but usually resins have lower thermal conductivity than metals. For this reason, when temperature variation occurs in the release layer or the like that forms the surface of the fixing roller or the like, it takes time to eliminate the temperature variation. If the toner is fixed while the temperature varies in the circumferential direction or the axial direction of the fixing roller or the like, unevenness in gloss or color of the fixed toner is caused.
この定着ローラ等の温度のバラつきは、特に、省エネ化に対応するために、定着ローラ等の加熱部材として熱容量の小さいものを用いる場合に顕著に現れる。つまり、加熱部材の熱容量が小さいと、例えば、定着ローラ等のニップ部において紙などのシートが通過すると、定着ローラ等の表面温度がすぐに低下してしまう。 This variation in the temperature of the fixing roller or the like is noticeable particularly when a heating member such as the fixing roller having a small heat capacity is used in order to save energy. That is, when the heat capacity of the heating member is small, for example, when a sheet such as paper passes through the nip portion of the fixing roller or the like, the surface temperature of the fixing roller or the like immediately decreases.
しかし、離型層や弾性層は熱伝導率が低く、昇温に時間がかかるため、元の温度に復帰しないまま定着処理が行われてしまう。そうすると、結果として定着時の温度にバラつきが生じてしまう。このように、定着ローラ等の温度が圧接の際にトナーの定着に必要な温度に復帰しておらず、ローラ表面に温度のバラつきが生じると、トナーの定着性能を低下させる。そうすると、結局、定着性能を維持するためには、一定の熱容量が必要となり、定着部材の熱容量をさらに小さくすることと、温度のバラつきを低減することの両立が難しかった。 However, the release layer and the elastic layer have low thermal conductivity, and it takes time to raise the temperature. Therefore, the fixing process is performed without returning to the original temperature. As a result, the temperature at the time of fixing varies. As described above, when the temperature of the fixing roller or the like does not return to the temperature necessary for fixing the toner at the time of pressure contact, and the temperature of the roller varies, the fixing performance of the toner is lowered. As a result, in order to maintain the fixing performance, a certain heat capacity is required, and it has been difficult to reduce both the heat capacity of the fixing member and the variation in temperature.
この発明の実施の形態は、画像形成装置の定着装置において、被加熱材を加熱する加熱部材の熱容量を小さくしつつ、加熱部材の温度のバラつきを低減する技術を提供することを目的とする。 An object of an embodiment of the present invention is to provide a technique for reducing variation in temperature of a heating member while reducing a heat capacity of a heating member that heats a heated material in a fixing device of an image forming apparatus.
上述した課題を解決するため、本発明の一態様にかかる定着装置は、少なくとも表層にダイヤモンド微粒子が分散含有されている加熱部材と、前記加熱部材に圧接し、前記加熱部材と協働してシートを挟持搬送する加圧部材と、前記加熱部材を加熱する加熱部と、を備えることを特徴とする構成としている。 In order to solve the above-described problem, a fixing device according to one embodiment of the present invention includes a heating member in which diamond fine particles are dispersed and contained in at least a surface layer, a sheet that is in pressure contact with the heating member, and cooperates with the heating member. A pressure member that sandwiches and conveys the heating member, and a heating unit that heats the heating member.
また、上記定着装置は、加熱部材に接触する表層にダイヤモンド微粒子が分散含有された、加熱部材の温度のバラつきを低減する均熱化部材をさらに備えることを特徴とする構成としている。 The fixing device further includes a temperature-uniforming member that contains a dispersion of diamond fine particles in a surface layer in contact with the heating member to reduce temperature variation of the heating member.
また、上記均熱化部材の表層は、フッ素系樹脂に平均粒径が0.1μm以上500nm以下のダイヤモンド微粒子が分散されて形成されることを特徴とする構成としている。 Further, the surface layer of the soaking member is formed by dispersing diamond fine particles having an average particle size of 0.1 μm or more and 500 nm or less in a fluororesin.
また、本発明の別の態様に係る定着装置は、表面にダイヤモンドライクカーボンの層を有する均熱化ローラと、前記均熱化ローラを含む複数のローラに巻架され、前記複数のローラの回転に伴ってベルト面が移動する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトのベルト面に圧接し、前記ベルト面と協働して、シートを挟持搬送する加圧ローラと、前記定着ベルトを加熱する加熱部と、を備えることを特徴とする構成としている。 In addition, a fixing device according to another aspect of the present invention includes a soaking roller having a diamond-like carbon layer on a surface thereof, and a plurality of rollers including the soaking roller, and the rotation of the plurality of rollers. An endless fixing belt whose belt surface moves with the belt, a pressure roller which presses against the belt surface of the fixing belt and cooperates with the belt surface to sandwich and convey the sheet, and heats the fixing belt And a heating unit.
本発明によれば、画像形成装置の定着装置において、被加熱材を加熱する加熱部材の熱容量を小さくしつつ、加熱部材の温度のバラつきを低減することができる。 According to the present invention, in the fixing device of the image forming apparatus, it is possible to reduce the temperature variation of the heating member while reducing the heat capacity of the heating member that heats the material to be heated.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、第1の実施形態の画像形成装置が備える定着装置1の断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
定着装置1は、例えば紙やOHPシート等のシートP上に形成されたトナーを、熱によって被加熱材としてのシートPに定着させるための装置である。
The
定着装置1は、加熱部材としての定着ローラ2と、加圧部材としての加圧ローラ3と、剥離爪5と、接触式の温度センサであるサーミスタ6と、サーモスタット10と、加熱部としての励磁コイル11などを備える。この定着装置1は、不図示の駆動モータにより矢印Rの方向に回転駆動される定着ローラ2と、定着ローラ2に従動して矢印R’の方向に回転する加圧ローラ3と、が接しているニップ部Nに、表面に未定着のトナーが付着したシートPを通過させることにより、トナーを溶融させてシートPに押し付け、シートPに画像を定着させることができる。
The
以下、定着装置1の各構成を説明する。
Hereinafter, each configuration of the
定着ローラ2は、上述したように、トナーを溶融するための加熱部材であり、シートPを通す際には、トナーを溶融するために一定温度に加熱されている。また、定着ローラ2は、上述したように不図示の駆動モータにより矢印Rの方向に回転駆動されている。この本実施形態の定着ローラ2は、芯金8の外面に離型層7が積層されて構成される。なお、定着ローラ2の径は、例えば30mmである。
As described above, the
芯金8は、材質が鉄で、肉厚0.5mmの円筒部材である。材質は、鉄以外に、ステンレス、アルミ、ステンレスとアルミの複合材を用いてもよい。また、後述する誘導加熱装置である励磁コイル11に発生させる磁束によって、芯金8上に渦電流が発生し、芯金8は電気抵抗によって発熱する。そして、この芯金8の発熱により定着ローラ2が加熱される。
The metal core 8 is a cylindrical member made of iron and having a thickness of 0.5 mm. In addition to iron, stainless steel, aluminum, or a composite material of stainless steel and aluminum may be used. In addition, an eddy current is generated on the cored bar 8 by the magnetic flux generated in the
離型層7は、トナーが定着ローラ2に付着することを防ぎ、シートにトナーを定着させるための、離型性を有する層である。本実施形態の離型層7は、PFA(テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)や、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素系の樹脂にダイヤモンド微粒子を分散させて形成されるものである。
The
本実施形態の離型層7の厚さは5μmである。また、フッ素樹脂に添加されるダイヤモンド微粒子は、平均粒径が約300nmであり、離型層7に対して3wt%の比率で分散されている。ここで、本実施形態においては、各ダイヤモンド微粒子の最大径をもって粒径とし、平均粒径は、ダイヤモンド微粒子を電子顕微鏡によって撮影し、撮影した画像からダイヤモンド微粒子を無作為に500個抽出し、その抽出したダイヤモンド微粒子の粒径の平均値から求めた値とする。
The thickness of the
ダイヤモンド微粒子を離型層7に分散させることにより、離型層7の耐摩耗性を向上することができる。従来のフッ素樹脂のみからなる離型層の場合、耐摩耗性が低いので、接触式の温度検知部であるサーミスタ6との摩擦や、通過するシートPとの摩擦により、徐々に磨耗してしまう。そのため、定着ローラの寿命を確保するために、離型層として20μm〜50μm程度の厚さが必要であった。これに対して、本実施形態の離型層7は、耐摩耗性の向上により、厚さを5μmとすることができる。離型層7の厚さを5μmと薄くすることが可能となることにより、離型層7の熱容量を小さくすることができる。
By dispersing the diamond fine particles in the
さらに、ダイヤモンドの熱伝導率は、2000W/K〜3300W/Kであり、通常のフッ素樹脂に比べて熱伝導率が高い。そのため、離型層7にダイヤモンド微粒子を分散させることで、離型層7の熱伝導率を大幅に向上させることができる。熱伝導率が向上し、かつ、熱容量も小さくできるため、離型層7の、定着ローラ2の軸方向における温度のバラつきと、円周方向における温度のバラつきを抑えることができる。
Furthermore, the thermal conductivity of diamond is 2000 W / K to 3300 W / K, and the thermal conductivity is higher than that of a normal fluororesin. Therefore, the thermal conductivity of the
ここで、図2には、定着ローラの軸方向における温度差の発生の評価のために、本実施形態の定着ローラ2と、ダイヤモンド微粒子が分散されていない従来の定着ローラによって、A4−R紙を連続して通紙した際における、通紙部と非通紙部との温度を測定した結果を示す。
Here, FIG. 2 shows the A4-R paper by the fixing
図2に示すように、本実施形態の定着ローラ2の場合、非通紙部の通紙部に対する温度上昇は、20℃程度に抑えられる。一方、従来の定着ローラの場合、温度差は40℃であった。定着ローラの軸方向に20℃を超える温度差が生じている状態でシートPを通して定着を行うと、高温部で定着された部分と低温部で定着された部分とで、定着されたトナーの光沢に差が生じたり、カラーであれば色ムラが生じてしまう要因となるため好ましくない。従来このような温度差を解消するために、定着ローラ2を加熱する熱源の出力をローラの高温部と低温部で変化させたり、均熱用のヒートパイプなどを設ける必要があった。しかし、本実施形態によれば、温度差が抑えられるため、そのような必要がない。
As shown in FIG. 2, in the case of the fixing
また、図3には、本実施形態の定着ローラ2と、従来の離型層(フッ素樹脂のみで構成、厚さ30μm)を備える定着ローラについて、円周方向の温度復帰性能を評価するために、通紙直前の離型層の温度と、通紙後再度ニップ部に到達する直前の位置の離型層の温度を測定した結果を示す。
FIG. 3 is a graph for evaluating the temperature recovery performance in the circumferential direction of the fixing
図3に示すように、本実施形態の離型層7の場合には、通紙直前の温度から、一度通紙した後再度通紙する直前における温度の低下は、2℃であった。一方、従来の離型層の場合には、温度低下が7℃であった。従って、本実施形態の場合には、通紙後の温度復帰が早く、定着ローラ2の円周方向における温度のバラつきが少ないことがわかる。円周方向における温度低下が大きいと、例えば、一枚のシートにおけるトナーの定着が、定着ローラの二周分で行われる場合、一周目は高温で定着されるが、二周目は低下した温度で定着がされることになる。このような温度のばらつきが出ると、一枚のシートにおいて、定着トナーの光沢に差が出たり、色ムラが生じてしまうことになる。本実施形態の離型層7によれば、円周方向の温度のバラつきも低減することができるため、トナーの光沢ムラや色ムラが生じることがない。
As shown in FIG. 3, in the case of the
このように、離型層7にダイヤモンドを分散させることで、耐摩耗性を向上するとともに、熱伝導率を向上することができる。そして、耐摩耗性の向上により離型層7を薄く形成することができるので、離型層7の熱容量を小さくすることができる。これにより、ウォーミングアップの時間を短縮することもできる。
Thus, by dispersing diamond in the
また、離型層7の熱伝導率が向上し、さらに厚さも薄いため、離型層7の熱抵抗が低減される。これにより、芯金8から離型層7表面に熱が素早く伝わるようになり、離型層7の温度が低下しても定着に必要な温度に即座に温度復帰することができる。よって、定着ローラ2の軸方向における温度分布のバラつき及び円周方向における温度分布のバラつきを改善することができる。温度バラつきの解消により、シートPに定着されたトナーの光沢や色にバラつきが生じることがなく、形成される画像の画質を向上することができる。
Moreover, since the thermal conductivity of the
なお、ダイヤモンド微粒子は、離型層7に0.02wt%〜60wt%の範囲で添加されることが好ましい。ダイヤモンド微粒子の分散量が多くなると、離型層7の熱伝導率は向上するが、脆くなるため、60wt%を超えないように分散させることが好ましい。ただし、結着剤などにより脆さを解消することができる場合には、分散量を増やしてさらに耐摩耗性を向上させることは可能である。また、分散量が0.02wt%より少ないと、耐摩耗性が向上する効果が少なく、離型層7を薄くすることができないため好ましくない。
The diamond fine particles are preferably added to the
また、ダイヤモンド微粒子の平均粒径は、0.1nm以上500nm以下であることが好ましい。この範囲を外れると、均一に分散されず、操作性上も好ましくない。 The average particle size of the diamond fine particles is preferably 0.1 nm or more and 500 nm or less. If it is out of this range, it is not uniformly dispersed, which is not preferable in terms of operability.
また、離型層7の厚みは、3μm以上10μm以下であることが好ましい。3μmより薄いと、均一な厚みの層を形成することが難しく、10μmより厚いと、離型層7の熱容量が大きくなってしまうためである。
The thickness of the
次に、加圧ローラ3は、定着ローラ2と一定のニップ幅を保つように、加圧機構4によって定着ローラ2に対して圧接されており、定着ローラ2と協働してシートPを挟持搬送する。加圧ローラ3は、回転駆動される定着ローラ2に従動して、矢印R’の方向に回転する。定着ローラ2とのニップ部NにシートPを通すことにより、シートP上の溶融したトナーをシートPに圧着して定着させる。
Next, the
本実施形態の加圧ローラ3は、径が30mmであり、芯金の周囲にシリコーンゴムまたはフッ素ゴムなどを被覆して構成される。シリコーンゴムやフッ素ゴムの層は、弾性層として機能し、定着ローラ2に圧接することでローラ表面が変形し、一定のニップ幅を形成する。これにより、通過するシートPのトナーに対して、定着ローラの熱が確実に伝えられ、良好な定着処理がなされる。
The
次に、励磁コイル11は、定着ローラ2を加熱するための誘導加熱装置である。励磁コイル11は、定着ローラ2の内周に配置されており、励磁コイル11に対して、不図示の励磁回路から高周波の交番電流を印加することにより磁束を発生させ、この磁束によって定着ローラ2の芯金8に渦電流を発生させる。そして、渦電流が発生した芯金8は、その電気抵抗によって発熱し、定着ローラ2が加熱される。
Next, the
本実施形態の励磁コイル11は、径が0.5mmの銅線を絶縁被膜で被覆して互いに絶縁した線材を複数本束ねたリッツ線により構成される。リッツ線を用いることにより、電流の浸透深さよりもコイルの線材の径を小さくすることができ、交流電流を有効に流すことが可能になる。絶縁被膜の材料としては、耐熱性を有するポリアミドイミドを用いる。励磁コイル11には、20〜100kHzの範囲の高周波数の電流を流すことができる。また、励磁回路の駆動周波数を調節することで、300W〜1500Wまで出力を調節することができる。
The
なお、本実施形態の誘導加熱装置の励磁コイル11は、コイルの磁束を集中させるために用いる芯材を使用せず、空芯コイルとしている。空芯コイルを用いることにより、複雑な形状をした芯材を使用する必要がないので、コストを削減できる。また、励磁回路も安価になる。
In addition, the
次に、その他の機器の構成について説明する。剥離爪5は、定着ローラ2と加圧ローラ3とのニップ部Nよりも回転方向Rの下流側に配置され、シートPを定着ローラ2から剥離させる部材である。また、サーミスタ6は、定着ローラ2のニップ部より回転方向Rの下流側であって、定着ローラ2の側方に配置され、定着ローラ2の温度を検出するものである。サーモスタット10は、定着ローラ2のニップ部よりも回転方向Rの上流側に配置され、定着ローラ2の温度異常を検知する装置である。
Next, the configuration of other devices will be described. The peeling claw 5 is a member that is disposed downstream of the nip portion N between the fixing
次に、図4に基づいて、実施形態1の変形例を説明する。図4は、実施形態1の変形例の定着装置1’の断面図である。図4の定着装置1’は、無端状のベルトである定着ベルト100と加圧ローラ105とによりトナーの定着を行う点が、実施形態1の定着装置1と異なる。そして、定着ベルト100に、ダイヤモンド微粒子が分散された離型層100aが設けられている。このようなベルトタイプの定着装置1’においても、上述したローラタイプの定着装置1と同様の効果が得られる。以下、この変形例の定着装置1’の構成を説明する。
Next, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a
定着装置1’は、定着ベルト100と、駆動ローラ101と、従動ローラ102と、誘導加熱装置の励磁コイル103と、加圧ローラ105とを備える。
The fixing
定着ベルト100は、励磁コイル103によって発生する磁束によって渦電流を発生するための導電層100bの外側に、ポリイミドフィルムによって構成される離型層100aが積層されて構成される。定着ベルト100は、駆動ローラ101と従動ローラ102に巻架されており、駆動ローラ101の回転により、矢印Rの方向に駆動される。
The fixing
定着ベルト100の離型層100aは、ダイヤモンド微粒子を分散させたポリイミドフィルムによって構成される。ダイヤモンド微粒子は、平均粒径が300nmであり、ポリイミドフィルムの離型層100aに3wt%添加されて分散している。また、離型層100aは、厚さが30μmである。
The
導電層100bは、上述したように、誘電加熱装置によって加熱される層である。本実施形態では、この導電層100bは、離型層100aのポリイミドフィルムにNiを塗布して形成される。厚さは20μmである。導電層100bとしては、銀や銅などの他の導電性を有する材料を用いることができる。
As described above, the
駆動ローラ101は、定着ベルト100を矢印R方向に駆動するように、不図示の駆動モータにより駆動される。また、従動ローラ102は、定着ベルト100に一定の張力を与えるように、不図示の引っ張りばね等のテンション機構により、駆動ローラ101とは反対の方向に付勢されている。これによって、定着ベルト100が駆動ローラ101に対してスリップしないで駆動されることができる。
The
励磁コイル103は、上述した励磁コイル11と同様の原理により、定着ベルト100を加熱する誘導加熱装置である。つまり、不図示の励磁回路によって励磁コイル103に高周波電流を流して磁束を発生させ、これによって定着ベルト100の導電層100bに渦電流を発生させるものである。渦電流が発生すると、導電層100bは電気抵抗により発熱し、定着ベルト100が加熱される。
The
加圧ローラ105は、定着ベルト100を挟んで励磁コイル103に対向する位置にニップ部Nを形成するローラである。加圧ローラは、不図示の加圧機構により、定着ベルト100側に押し付けられており、定着ベルト100と一定のニップ幅のニップ部Nを形成する。加圧ローラ105は、剛体ローラ又は弾性層を有するローラのいずれでもよい。
The
以上の定着装置1’によれば、定着ベルト100の離型層100aを構成するポリイミドフィルムにダイヤモンド微粒子を分散させているため、耐摩耗性及び熱伝導率が向上する。耐摩耗性が向上することにより、定着ベルト100のポリイミドフィルムの厚さを薄くして、熱容量を小さくすることができる。これにより、ウォーミングアップの時間を短縮することができる。熱容量が小さくなると、シートが通過した部分と通過していない部分とで温度差が生じやすくなるが、ダイヤモンド微粒子を分散させることにより熱伝導率が向上しているため、そのような温度ムラを短時間で解消することができる。従って、変形例の定着装置1’よれば、定着ベルト100の温度ムラによる、光沢ムラや色ムラが発生することがなく、良好な定着処理を行うことができる。
According to the
(実施形態2)
次に、実施形態2を説明する。図5は、実施形態2の定着装置30の断面図である。
(Embodiment 2)
Next,
本実施形態の定着装置30は、定着ローラ32を加熱するための誘導加熱装置40が、定着ローラ32内ではなく、定着ローラ32の外部に配置されている点が実施形態1の定着装置1とは異なっている。また、誘導加熱装置40が定着ローラ32の外部にあるため、定着ローラ32の内部構造も異なっている。なお、実施形態1の定着装置と共通する構成については、説明を省略する。
The fixing
以下、実施形態2の定着装置30の構成を説明する。
Hereinafter, the configuration of the fixing
定着装置30は、定着ローラ32と加圧ローラ33と、剥離用ブレード36と、温度検知部38と、サーモスタット39と、誘導加熱装置40などを備える。
The fixing
定着ローラ32は、実施形態1の定着ローラと同じく、圧接している加圧ローラ33とにより形成されるニップ部Nに、未定着のトナーが付着したシートPを通すことで、熱によってトナーを溶融し、ニップ部Nの圧力により溶融したトナーをシートPに圧着して定着させる。
As with the fixing roller of the first embodiment, the fixing
本実施形態の定着ローラ32の構成を、図6に基づいて説明する。図6は、本実施形態の定着ローラ32の部分的な断面図である。定着ローラ32は、内側から順に、芯金35a、発泡ゴム層35b、金属導電層35c、弾性層35d、離型層35eが積層されて構成されている。
The configuration of the fixing
芯金35aは、材質がステンレス鋼であり、肉厚2mmの円筒の芯材である。
The
発泡ゴム層35bは、厚さが5mmの、断熱性と耐熱性を有する発泡性のシリコーンスポンジで構成される。この発泡ゴム層35bは、加圧ローラ33との間に一定のニップ幅が形成されるように、定着ローラ32に柔軟性を与えるための層である。また、この発泡ゴム層35bは、断熱性を有しているため、誘導加熱装置40によって加熱される金属導電層35cの熱が、定着ローラ32の内部に伝わることを防ぎ、定着ローラ32の熱効率を高めることができる。なお、本実施形態の発泡ゴム層35bのゴム硬度は、アスカーC硬度計で20°である。
The foamed
金属導電層35cは、誘導加熱装置40から発生する磁束の変化によって発生する渦電流により、発熱し、定着ローラ32を加熱するための層である。実施形態1の芯金8と同様の機能を果たすものであるが、本実施形態の場合には、誘導加熱装置40の励磁コイルが定着ローラ32の外部にあるため、芯金35aとは別に金属導電層35cとして設けている。本実施形態の金属導電層35cは、厚さが40μmのNiの層である。
The metal
弾性層35dは、ローラ表面の離型層35eの柔軟性を調整するための層である。この層により柔軟性を調整することで、加圧ローラとのニップ部Nにおいて、定着ローラ32表面がシートPのトナーの凹凸に正確に追従して、トナーを均一に加熱することができる。トナーが均一に加熱されることにより、シートPに定着されたトナーに光沢のムラがなく、良好な画像の形成が可能になる。
The
そして、本実施形態の弾性層35dは、ダイヤモンド微粒子を分散させたシリコーンゴムにより構成されており、厚さが200μmの層である。熱伝導率の高いダイヤモンド微粒子が添加されることにより、弾性層35dの熱伝導率を向上することができる。ダイヤモンド微粒子の平均粒径は、300nmであり、弾性層35dに3wt%分散されている。
The
離型層35eは、実施形態1の離型層7と同様の層であり、ダイヤモンド微粒子が分散された、厚さ5μmのフッ素樹脂の層である。
The
このように弾性層35dと離型層35eに、ダイヤモンド微粒子を分散させることで、上述したように、弾性層35dと離型層35eの熱伝導率を向上させることができる。また、実施形態1と同様に、定着ローラ32の表面を構成する離型層35eの耐摩耗性も向上することができる。
Thus, by dispersing the diamond fine particles in the
これに対して、ダイヤモンド微粒子が分散されていない場合は、弾性層35d、離型層35eの熱伝導率が小さいため、誘導加熱によって加熱された金属導電層の熱がローラ表面に到達するまで時間がかかっていた。また、加熱時間の短縮のため誘導加熱装置40の出力を上げると、弾性層35dや離型層35eの熱伝導率が低いため、金属導電層35cとの温度差が大きくなり、金属導電層35cと弾性層35dとの接着層が剥離する場合があった。そのため、ウォーミングアップ時間を短縮することが難しかった。
On the other hand, when the diamond fine particles are not dispersed, since the thermal conductivity of the
しかし、本実施形態の場合、ダイヤモンド微粒子が分散された弾性層35dと離型層35eは熱伝導率が向上しているため、金属導電層35cと、弾性層35d及び離型層35eとの温度差を小さくすることができる。温度差が小さいと接着層の剥離が防止され、誘導加熱装置40の出力を上げることができ、ウォーミングアップの時間を短縮することができる。
However, in the present embodiment, since the thermal conductivity of the
また、弾性層35dと離型層35eにダイヤモンド微粒子を分散させることにより、定着ローラ32の表面の円周方向及び軸方向の温度のバラつきを低減することができる。
Further, by dispersing the diamond fine particles in the
ここで、図7には、本実施形態の定着ローラ32と、従来の離型層(フッ素樹脂のみで構成、厚さ50μm)と弾性層(シリコーンゴムのみで構成、厚さ200μm)を備える定着ローラについて、円周方向の温度復帰性能を評価するために、通紙直前の離型層の温度と、通紙後再度ニップ部に到達する直前の位置の離型層の温度を測定した結果を示す。
Here, FIG. 7 shows a fixing
図7に示すように、本実施形態の弾性層35dと離型層35eを備える場合、通紙直前の離型層の温度から一度通紙した後再度通紙する直前の位置における温度の低下は、3℃であった。一方、ダイヤモンド微粒子が添加されていない、離型層と弾性層を有する従来の定着ローラの場合には、温度の低下が10℃であった。
As shown in FIG. 7, when the
このように、本実施形態の定着ローラ32によれば、弾性層35dと離型層35eの熱伝導率が向上され、円周方向の温度のばらつきを改善することができる。よって、円周方向の温度ムラによる定着トナーの光沢ムラや、色ムラを防止し、画質を向上することができる。
Thus, according to the fixing
また、本実施形態の定着ローラ32によれば、ダイヤモンド微粒子が分散されているため、定着ローラ32の軸方向の温度のバラつきも改善することができる。後述するように、本実施形態の誘導加熱装置40は、定着ローラ32の発熱領域を制御して、小サイズのシートの連続定着処理に対応するために、励磁コイルが、定着ローラ32の中央付近を加熱するコイル41と、端部付近を加熱するコイル42a、42bとに分割されている。そのため、定着ローラ32の、中央のコイル41と両端のコイル42a、42bとのつなぎ目部分に対応する部分が加熱されにくいが、本実施形態の定着ローラ32によれば、従来に比べ熱伝導率が向上している。そのため、加熱されている部分の熱が上記加熱されにくい部分に容易に拡散し、軸方向の温度のバラつきが軽減される。よって、励磁コイルが分割されていても、それに対応する部分において定着されたトナーの光沢ムラが生じることがない。
Further, according to the fixing
また、離型層35eについては、耐摩耗性が向上し、かつ、熱伝導率も向上したため、厚さを薄くする(本実施形態では、5μm)ことができる。これにより、離型層35eが従来のように厚い場合(例えば20μm〜50μm)に比べてローラ表面の柔軟性が増し、トナーに対して均一に熱が伝わるため、画質を向上することができる。
Further, the
なお、弾性層35dに分散されるダイヤモンド微粒子の平均粒径は、0.1nm以上500nm以下であることが好ましい。この範囲を外れると、均一に分散されず、操作性上も好ましくないためである。
The average particle diameter of the diamond fine particles dispersed in the
その他の構成としては、定着ローラ32のニップ部Nより回転方向Rの下流側に、シートPを定着ローラ32から剥離させるための剥離ブレード36が配置されている。また、加圧ローラ33のニップ部より回転方向R’の下流側にも、シートPを加圧ローラ33から剥離させるための剥離爪37が配置されている。
As another configuration, a
また、剥離ブレード36のさらに回転方向Rの下流側には、定着ローラ32の温度を検出する温度検知装置38が配置されている。本実施形態では、後述する図9に示すように、温度検知装置38は、定着ローラ32の軸方向に2つ配置されている。この温度検知装置38で定着ローラ32の表面温度の分布を検出し、誘導加熱装置40の出力を調節することで、定着ローラ32の軸方向の温度を制御することができる。
Further, a
定着ローラ32のニップ部から回転方向Rの上流側であって定着ローラの側方には、定着ローラ32の表面温度の異常を検知するサーモスタット39が配置されている。
A
次に、図8及び図9に基づいて、誘導加熱装置40を説明する。図8は、誘導加熱装置40を図5の矢印A方向から見た平面図であり、図9は、図5の矢印B方向から見た正面図である(ただし、剥離ブレード36、剥離爪37などは図示していない)。この誘導加熱装置40は、上述したように、実施形態1の励磁コイルと同様に、コイルによって磁束を発生させることにより、定着ローラ32の金属導電層35cを発熱させてローラを加熱する装置である。本実施形態では、誘導加熱装置40は、定着ローラ32の上方に設置されている。誘導加熱装置40の励磁コイルは、定着ローラ32の中央付近を加熱するコイル41と、両端部付近を加熱するコイル42a、42bとに分割されており、通過するシートの大きさに合わせて、加熱領域を変化させることが可能である。例えば、コイル41の長手方向の長さを、A4−Rの短辺の長さに対応させておけば、A4−Rを連続通紙する際に、コイル41にのみ高周波電流を流し、定着ローラ32のコイル41に対応する領域のみを加熱することができる。これにより、定着ローラ32のシートPが通過していない領域の温度が上昇しすぎることを防ぐことができる。
Next, the
本実施形態のコイル41、42a、42bの電線の線材は、実施形態1と同様である。そして、本実施形態の誘導加熱装置40は、コイルの電線の巻き数を減らしてもコイルの特性を十分に発揮できるように、コイルは磁性体コア43に巻かれている。それぞれのコア43の幅は15mmであり、コア同士の間隔は5mmで配置されている。コアの間隔を広げすぎると、定着ローラ32の軸方向で温度ムラが生じる原因となるため、本実施形態では5mmとしている。
The wires of the
なお、この誘導加熱装置40は、実施形態1と同様に、不図示の励磁回路(インバータ回路)によって高周波電流が印加され、磁束を発生させる。
As in the first embodiment, the
このように、本実施形態の定着装置30によれば、弾性層35dと離型層35eにダイヤモンド微粒子が分散されているため、弾性層35dと離型層35eの熱伝導率を向上することができる。また、離型層35eについては、耐摩耗性を向上することができる。
As described above, according to the fixing
これにより、離型層については、層の厚さを薄くすることが可能になる。層の厚さが薄くなると、定着ローラ32の表面の硬度を柔らかくすることができるため、トナーに均一に熱が加えられ、カラー画像の画質を向上することができる。
This makes it possible to reduce the thickness of the release layer. When the layer thickness is reduced, the hardness of the surface of the fixing
また、離型層35eが薄いため熱容量が小さくなり、かつ、弾性層35dと離型層35eの熱伝導率が向上することにより、ウォームアップ時間が短縮され、定着ローラ32の軸方向、円周方向の温度のバラつきが低減される。
Further, since the
さらに、金属導電層35cと弾性層35dなどとの層同士の温度差も低減されるため、誘導加熱装置40の出力を従来にくらべて大きくすることができるため、ウォームアップ時間を短縮できる。
Further, since the temperature difference between the metal
(実施形態3)
次に、実施形態3を説明する。図10は、実施形態3の定着装置70の断面図である。
(Embodiment 3)
Next,
実施形態3の定着装置70は、均熱化ローラ71を備える点と、ダイヤモンド微粒子が、定着ローラ75の弾性層75dや離型層75eではなく、均熱化ローラ71の表面を構成する層に分散されている点が、前述の実施形態と異なる。以下、実施形態3の定着装置70の構成を説明する。なお、実施形態1、2に共通する点については説明を省略する。
The fixing
均熱化ローラ71は、定着ローラ75の主に軸方向の温度ムラを解消する部材である。均熱化ローラ71は、定着ローラ75に従動して回転しながら接触することにより、定着ローラ75から熱を移動させる。これにより、定着ローラ75の軸方向の熱移動を促進させて、定着ローラ75の温度のバラつきを解消することができる。
The soaking
均熱化ローラ71は、内側から順に、芯金72と離型層73が積層されて構成されている。
The soaking
芯金72は、外径が20mm、肉厚が2.5mmのアルミニウムのパイプである。
The
芯金72の外側に形成される離型層73は、定着ローラ75表面に微小に残ったトナーが、均熱化ローラ71に付着することを防ぐための層である。この離型層73は、ダイヤモンド微粒子が分散されたフッ素樹脂により構成される、厚さ5μmの層である。添加されるダイヤモンド微粒子は、平均粒径が300nmであり、離型層73に対して3wt%分散されている。
The release layer 73 formed on the outer side of the cored
均熱化ローラ71の離型層73にダイヤモンド微粒子を分散させることにより、均熱化ローラ71のローラ表面の熱伝導率を高めることができる。これにより定着ローラ75から均熱化ローラ71への熱伝導が速やかに起こり、定着ローラ75の温度ムラを効果的に解消することができる。
By dispersing the diamond fine particles in the release layer 73 of the soaking
一方、均熱化ローラに離型層を積層させず、芯金が定着ローラに直接接触する場合、金属の芯金は熱伝導率が高いため、定着ローラの温度ムラを解消する効果が高い。しかし、定着ローラのローラ表面には、離型層が形成されており、金属と離型層とでは、金属のほうがトナーが付着しやすい。そのため、均熱化ローラに離型層を形成しない場合には、定着ローラに残ったトナーは、均熱化ローラに付着し、堆積してしまう。均熱化ローラ表面にトナーが堆積した部分は熱伝導率が低下するため、結果として均熱化ローラの熱伝導率が低下したり、定着ローラ75からの熱移動にムラが生じたりして好ましくない。均熱化ローラ表面に堆積したトナーを除去するために、クリーニング機構を設けることもできるが、装置の大型化を招き好ましくない。従って、均熱化ローラのローラ表面には、離型層を形成する必要がある。
On the other hand, when the cored bar is in direct contact with the fixing roller without laminating the release layer on the temperature-uniforming roller, the metal cored bar has a high thermal conductivity, so that the effect of eliminating the temperature unevenness of the fixing roller is high. However, a release layer is formed on the roller surface of the fixing roller, and the toner is more likely to adhere to the metal between the metal and the release layer. For this reason, when the release layer is not formed on the temperature-uniforming roller, the toner remaining on the fixing roller adheres to and accumulates on the temperature-uniforming roller. The portion where toner is deposited on the surface of the temperature-uniforming roller has a low thermal conductivity. As a result, the thermal conductivity of the temperature-uniforming roller is decreased, and the heat transfer from the fixing
しかし、均熱化ローラに離型層を設ける場合にも、単にフッ素樹脂の離型層を設ける場合には、定着ローラ75との接触による磨耗を考慮して、離型層を厚さ15μm〜50μm程度設ける必要がある。フッ素樹脂の熱伝導率は金属に比べると低いため、このような厚みの離型層を設けると均熱効果が低くなってしまう。
However, even when a release layer is provided on the temperature-uniforming roller, when a release layer of fluororesin is simply provided, the release layer has a thickness of 15 μm to 15 μm in consideration of wear due to contact with the fixing
これに対して、本実施形態の均熱化ローラ71の場合には、上記のように離型層73にダイヤモンド微粒子が分散されているため、耐摩耗性が高く、離型層73の厚みを5μmと薄く形成することが可能である。さらに、ダイヤモンド微粒子が熱伝導率が高いことと、離型層73の厚みを5μmと薄くすることができることにより、均熱化ローラ71の熱伝導率を向上することができる。したがって、本実施形態の均熱化ローラ71によれば、定着ローラ75の均熱化効果を著しく向上することができる。
On the other hand, in the case of the soaking
また、離型層73により、トナーの付着もないため、均熱化ローラ71に対する特殊なクリーニング機構が必要ない。従って、定着装置70およびこれを備える画像形成装置の小型化が可能になる。
Further, since no toner adheres due to the release layer 73, a special cleaning mechanism for the temperature-uniforming
本実施形態のその他の構成について説明する。 The other structure of this embodiment is demonstrated.
定着ローラ75は、芯金75aと、発泡ゴム層75bと、金属導電層75cと、弾性層75dと、離型層75eで構成される。定着ローラ75の基本的な構成や各層の機能は実施形態2の定着ローラ32と共通するが、弾性層75dと離型層75eにダイヤモンド微粒子が分散されていない点が実施形態2と異なる。
The fixing
弾性層75dは、シリコーンゴムのみで構成される厚さ200μmの層である。
The
また、離型層75eは、フッ素樹脂のみで構成される厚さ30μmの層である。本実施形態の定着ローラ75の離型層75eは、ダイヤモンド微粒子が分散されていないため、磨耗を考慮して、実施形態2の離型層35e(5μm)よりも厚みが厚い。
The
以上の本実施形態の定着装置70によれば、均熱化ローラ71の耐摩耗性、熱伝導率を向上することができる。均熱化ローラ71の熱伝導率の向上により、定着ローラ75の離型層や弾性層にダイヤモンド微粒子を分散させていなくても、定着ローラ75の軸方向の温度ムラを効果的に解消することができる。従って、シートPに定着されるトナーの光沢ムラや色ムラなどを低減し、高画質の画像を形成することができる。
According to the fixing
(実施形態4)
次に、実施形態4を説明する。図11は、実施形態4の定着装置80の断面図である。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view of the fixing
定着装置80は、定着ローラ81と定着ベルト82とからなる加熱部材と、均熱化ローラ83と、加圧ローラ84と、加熱部としての誘導加熱装置85と、サーモパイル86と、剥離ブレード87と、剥離爪88などを備える。
The fixing
本実施形態の定着装置80は、未定着のトナーが付着したシートPを、無端の定着ベルト82と加圧ローラ84とのニップ部Nに通すことで、シートPにトナーを定着させる装置である。
The fixing
以下、図11に基づいて、定着装置80の各構成を説明する。
Hereinafter, each configuration of the fixing
まず、トナーをシートPに定着するためにシートP上のトナーを加熱する加熱部材に関する構成を説明する。本実施形態の加熱部材は、誘導加熱装置85によって発生した磁束により、定着ベルト82の金属導電層82aが加熱され、その熱により定着ベルト82と加圧ローラ84とが圧接するニップ部Nを通過するシートPに付着しているトナーを加熱するものである。
First, a configuration relating to a heating member that heats the toner on the sheet P in order to fix the toner to the sheet P will be described. In the heating member of this embodiment, the metal
定着ローラ81は、均熱化ローラ83とともに定着ベルト82が巻架されるローラであり、不図示のモータによって駆動される加圧ローラ84に従動して定着ベルト82を矢印R方向に回転させる。本実施形態の定着ローラ81は、径が50mmであり、厚さ2mmの芯金81aと、その外側に積層される厚さ5mmの発泡ゴム層81bとを備える。
The fixing
定着ベルト82は、誘導加熱装置85によって、金属導電層82aが発熱し、その熱によってシートP上のトナーを加熱して溶融させる加熱部材である。定着ベルト82は、定着ローラ81と均熱化ローラ83に、一定の張力が保たれて巻架されている。そして、定着ベルト82と加圧ローラ84との圧接位置にニップ部Nが形成される。この定着ベルト82は、金属導電層82aと、弾性層82bと、離型層82cとが積層されて構成される。
The fixing belt 82 is a heating member that heats and melts the toner on the sheet P by the heat generated from the metal
金属導電層82aは、誘導加熱装置85から発生する磁束の変化によって発生する渦電流により、発熱し、定着ベルト82を加熱するための層である。金属導電層82aは、厚さが40μmのニッケルの層である。なお、金属導電層82aの材質としては、ニッケルの他に、ステンレス鋼やアルミ又はステンレス鋼とアルミの複合材などの金属を用いることができる。
The metal
弾性層82bは、加圧ローラ84と一定のニップ幅を形成するように、定着ベルト82に柔軟性を与えるための層である。本実施形態の弾性層82bは、弾性を有する厚さが200μmのシリコーンゴムの層である。
The
離型層82cは、定着ベルトの外周面であるベルト面を形成し、定着ベルト82にトナーが付着することを防ぐための層である。本実施形態の離型層82cは、厚さが50μmのPFA(テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)の層である。材質としては、その他に、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素系の樹脂を用いることができる。
The
均熱化ローラ83は、定着ベルト82の軸方向の温度ムラを解消する部材である。均熱化ローラ83は、定着ベルト82と接触することにより定着ベルト82から熱を移動させて、定着ベルト82の軸方向の熱移動を促進させることにより、定着ベルト82の温度ムラを解消することができる。
The soaking
均熱化ローラ83は、内側から順に、ヒートパイプ83aと、金属パイプ83bと、ダイヤモンドライクカーボン(以下、DLCとよぶ)がコーティングされて形成されるDLC層83cとが積層されて構成されている。
The soaking
ヒートパイプ83aは、均熱化ローラ83の軸方向の温度差を均一にするための熱移動部材である。ヒートパイプ83aは、外径が16mmの銅製のヒートパイプである。
The
金属パイプ83bは、外径が17mm、肉厚が0.5mmのアルミニウムのパイプである。なお、材質としては、鉄、銅、ステンレスなどを用いることもできる。
The
ヒートパイプ83aと金属パイプ83bとの結合は、ヒートパイプ83aを金属パイプ83bに挿入して、熱を加えることにより結合する。図12には、熱を加える前の、ヒートパイプ83aが金属パイプ83bに挿入された状態の断面図を示す。熱を加える前は、ヒートパイプ83aと金属パイプ83bとの間に隙間Sが存在する。この状態から、均熱化ローラ83を約300℃に加熱すると、ヒートパイプ83aと金属パイプ83bは、外径方向に膨張する。そして両者は、線膨張係数が異なるため、常温に戻すと上記隙間Sがなくなり、結合した状態となる。このような結合により、ヒートパイプ83aと金属パイプ83bとは隙間なく密着し、両者の境界における接触熱抵抗を減らすことができる。したがって、定着ベルト82から伝わって生じる金属パイプ83bの軸方向に生じる温度差が速やかにヒートパイプ83aに伝わり、ヒートパイプ83aにおいて高温部から低温部に熱が伝わって、熱が均一化される。これにより、均熱化ローラ83の温度差を軸方向に均一にすることができる。よって、本実施形態の均熱化ローラ83によれば、定着ベルト82に生じる均熱化ローラ83の軸方向における温度ムラを、すばやく解消することができる。
The
なお、隙間Sをなくすための上記加熱温度は、ヒートパイプ83aの耐熱温度に基づいて、300℃以下であることが好ましい。300℃を超えるとヒートパイプ83a内の空気が膨張して、パイプに亀裂が生じる可能性があるためである。
In addition, it is preferable that the said heating temperature for eliminating the clearance gap S is 300 degrees C or less based on the heat-resistant temperature of the
DLC層83cは、定着ベルト82との接触によって均熱化ローラ83表面が磨耗することを防ぐための層である。本実施形態のDLC層83cは、DLCが、金属パイプ83bの表面に、厚さ1μmコーティングされて形成される。このDLC層83cは、高真空中においてイオン化蒸着法により成膜される。DLCは、炭素を主成分とした素材表面改質用硬質膜であり、平滑な表面構造を有し、優れた耐摩耗性を有する。従って、均熱化ローラ83の表面にDLC層83cを形成することにより、均熱化ローラ83と定着ベルト82との回転摺動性を向上することができる。これにより、定着ベルト82の内側の金属導電層82aと均熱化ローラ83の表面との磨耗を防止することができる。また、DLC層83cは、熱伝導率が40W/mK程度であり、フッ素樹脂の熱伝導率(例えば、PFAの場合、0.5〜0.8W/mK程度)に比べて高い。したがって、DLC層83cによれば、均熱化ローラ83の優れた熱移動性能を損なうことなく、耐摩耗性、摺動性を確保することができる。
The
一方、DLC層83cを形成しないで、金属パイプ83bと定着ベルト82とを直接接触させた場合、DLC層83cよりも金属の金属パイプ83bの方が熱伝導率が高いため、優れた均熱効果が得られる。しかし、アルミニウムを材料とする金属パイプ83bと、定着ベルト82の内側のニッケルを材料とする金属導電層82aと、が接触することにより、硬度の低いアルミニウムの金属パイプ83bが磨耗してしまう。金属パイプ83bから削れたアルミニウムは、上記金属導電層82aに付着するが、アルミニウムが付着すると、誘導加熱装置85の励磁コイル85aと、定着ベルト82との磁気結合特性が変化してしまう。磁気結合特性が変化すると、相互インダクタンスが変化して電力変動が発生したり、励磁コイル85aに流れる電流量が増えて、誘導加熱の効率が低下する場合があり、好ましくない。また、逆に、金属パイプ83bをニッケルよりも硬度の高い金属とした場合には、金属導電層82aが磨耗するため好ましくない。
On the other hand, when the
また、均熱化ローラの表面にPFAなどのフッ素樹脂の層を形成することで、金属同士の接触による磨耗を防ぐことができ、摺動性も良好である。しかし、フッ素樹脂などを用いた層の場合、上述したように熱伝導率が低く、均熱ローラの均熱効果が損なわれてしまうため、好ましくない。 Further, by forming a fluororesin layer such as PFA on the surface of the temperature-uniforming roller, wear due to contact between metals can be prevented, and sliding property is also good. However, a layer using a fluororesin or the like is not preferable because the thermal conductivity is low as described above and the soaking effect of the soaking roller is impaired.
ここで、図13には、定着ベルト82の均熱化ローラ83軸方向の長さよりも短い幅のA4−Rの用紙を、定着装置80に連続して通過させて定着を行った際の、定着ベルト82の温度分布を示す。図13のDLCが、本実施形態のDLC層83cを備える定着ベルト82の温度分布であり、PFAがフッ素樹脂の層が表面に形成された定着ベルトの温度分布である。図13のグラフからわかるように、本実施形態の定着ベルト82の方が、A4−Rの通紙領域と、A4−Rの通紙領域ではない領域との温度差が少ないことがわかる。よって、本実施形態の均熱化ローラ83によれば、定着ベルト82を効果的に均熱化することができる。一方、フッ素樹脂の層の場合、定着ベルトから均熱化ローラへの熱移動効率が本実施形態の場合に比べて低いため、通紙領域と通紙領域ではない領域との温度差が大きく、均熱化ローラの熱移動性を十分利用することができない。
Here, in FIG. 13, when A4-R paper having a width shorter than the axial length of the
さらに、均熱化ローラ83にDLC層83cを設ける別の利点として、ヒートパイプ83aの耐熱温度よりも低い温度でDLC層83cを形成することができるという点が挙げられる。DLC層は、高真空中においてイオン化蒸着法により成膜され、成膜時の温度は通常200℃以下である。ヒートパイプ83aの耐熱温度は上述のように300℃程度であるため、耐熱温度より低い温度でDLC層を形成できる。したがって、ヒートパイプ83aが金属パイプ83bに挿入された状態でDLCのコーティング処理を行う場合でも、ヒートパイプ83aに亀裂が生じたりすることはない。一方、ローラ表面の層として、フッ素樹脂層を設ける場合、フッ素樹脂のコーティング加工処理の温度は通常380℃である。したがって、ヒートパイプ83aに亀裂が生じる可能性があり好ましくない。
Furthermore, another advantage of providing the
なお、DLC層83cの厚みは、1μm以上5μm以下であることが好ましい。耐摩耗性を確保するために1μm以上が好ましく、5μmより厚いと、均熱化ローラの熱移動性を損なうためである。
The thickness of the
次に、加圧ローラ84は、定着ベルト82と一定のニップ幅を保つように、加圧機構84aによって定着ローラ81との間の定着ベルト82に対して圧接されており、ベルト面と協働してシートPを挟持搬送する。この加圧ローラ84は、不図示の駆動モータにより矢印R’の方向に回転駆動される。これにより、定着ベルト82および定着ローラ81は、加圧ローラ84に従動して、矢印Rの方向に回転する。定着ベルト82とのニップ部NにシートPを通すことにより、定着ベルト82によって溶融したトナーを加圧ローラ84による圧力でシートPに圧着する。
Next, the
本実施形態の加圧ローラ84は、径が50mmであり、芯金の周囲にシリコーンゴムまたはフッ素ゴムなどが被覆されて構成される。シリコーンゴムやフッ素ゴムの層は、弾性層として機能し、定着ベルト82及び定着ローラ81に圧接することでローラ表面が変形し、一定のニップ幅を形成する。これにより、通過するシートPのトナーに対して、定着ローラの熱が確実に伝えられ、良好な定着処理がなされる。
The
誘導加熱装置85は、励磁コイル85aと磁性体コア85bを備え、定着ベルト82の外周に配置される。この誘導加熱装置85は、不図示の励磁回路(インバータ回路)から励磁コイル85aに印加される高周波電流によって磁束を発生させる。そして磁束の変化により定着ベルト82の金属導電層82aに渦電流を発生させ、渦電流が発生した金属導電層82aは電気抵抗により発熱する。この金属導電層82aの発熱により、定着ベルト82が加熱されることができる。
The
励磁コイル85aは、径が0.5mmの銅線の表面を絶縁材により被覆した線材を複数本束ねたリッツ線を巻いて形成される。本実施形態のリッツ線は、絶縁材として耐熱性を有するポリアミドイミドにより被覆された銅線を16本束ねたものを用いた。リッツ線を用いることにより、電流の浸透深さよりもコイルの線材の径を小さくすることができ、交流電流を有効に流すことが可能になる。
The
本実施形態では、励磁コイル85aに20〜100kHzの範囲で高周波電流を印加することができる。また、誘導加熱装置85の出力は、不図示の励磁回路の駆動周波数を調節することで、200W〜1500Wまで出力を調節することができる。
In the present embodiment, a high frequency current can be applied to the
サーモパイル86は、定着ベルト82の温度を検出する。サーモパイル86が検出する定着ベルト82の温度に基づいて、励磁回路からの電流が調節されて、定着ベルト82の温度を制御することができる。これにより、定着ベルト82の温度がトナーの定着に必要な温度に維持される。
The
剥離ブレード87及び剥離爪88は、ニップ部よりシートPの搬送方向の下流側に配置されて、それぞれ定着ベルト82と加圧ローラ84からシートPを剥離させるための部材である。
The
以上の本実施形態の定着装置80によれば、均熱化ローラ83にDLC層83cが形成されているため、DLC層83cの優れた耐摩耗性及び摺動性により、均熱化ローラ83のローラ表面と定着ベルト82の金属導電層82aとの磨耗や削れが防止される。また、DLC層83cは、熱伝導率が高いため、DLC層83cを設けることによる均熱化ローラ83と定着ベルト82との接触熱抵抗の増加はほとんど生じない。よって、均熱化ローラ83の熱移動特性を損なうことなく耐摩耗性を向上することができる。したがって、定着ベルトの温度のバラつきを効果的に低減し、光沢ムラや色ムラのない良好な画質の定着処理を実現できる。
According to the fixing
さらに、DLC層83のコーティング処理温度が300℃以下であるため、均熱化ローラ83のヒートパイプ83aの耐熱温度以下であり、両者の結合処理においてヒートパイプが損傷することもない。
Furthermore, since the coating processing temperature of the
なお、本実施形態では、均熱化ローラ83のローラ表面にDLC層83cを形成するとして説明したが、これに限られるものではない。コーティング処理の際の温度がヒートパイプの耐熱温度よりも低く、耐摩耗性、熱伝導率が高い材料であれば、DLC層83cの代わりとして用いることができる。例えば、タフラム(登録商標)処理によりタフラム皮膜を形成してもよい。タフラム皮膜は、硬くて機械強度に優れ、マイクロクラック等の微細凹凸に富んだ硬質アルマイトに、微小なフッ素樹脂をタフラムプロセスにて複合した皮膜である。
In the present embodiment, the
タフラム皮膜は硬質アルマイトとフッ素樹脂の両方の効果を発揮させた高機能複合皮膜で、耐摩耗性向上・摺動性向上・かじり防止・スティックスリップの減少等の機械特性を持つ。また、処理温度も100℃以内であり、ヒートパイプの耐熱性にも問題がない。タフラム処理の場合、均熱化ローラは本実施形態の場合と同様に、アルミニウムを用いる。タフラム皮膜の場合は20μmの皮膜を形成することで、均熱ローラの十分なライフ性能を確保できる。 Tafram film is a high-performance composite film that demonstrates the effects of both hard anodized and fluororesin, and has mechanical properties such as improved wear resistance, improved slidability, anti-galling, and reduced stick-slip. Also, the processing temperature is within 100 ° C., and there is no problem with the heat resistance of the heat pipe. In the case of the tufram process, the soaking roller uses aluminum as in the case of this embodiment. In the case of a tafram film, a sufficient life performance of the heat equalizing roller can be ensured by forming a 20 μm film.
また、本実施形態では、均熱化ローラ83の内部にヒートパイプが挿入されているが、単独の金属パイプの外側にDLC層や上記タフラム皮膜を形成しても構わない。
In this embodiment, the heat pipe is inserted into the temperature-uniforming
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。 The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications, various improvements, alternatives and modifications belonging to the equivalent scope of the claims are all within the scope of the present invention.
1 定着装置、2 定着ローラ、3 加圧ローラ、4 均熱化ローラ、5 剥離爪、6 サーミスタ、7 離型層、8 芯金、10 サーモスタット、11 励磁コイル、R 矢印、N ニップ部、P シート、S 隙間、30 定着装置、32 定着ローラ、33 加圧ローラ、35a 芯金、35b 発泡ゴム層、35c 金属導電層、35d 弾性層、35e 離型層、36 剥離用ブレード、37 剥離爪、38 温度検知部、39 サーモスタット、40 誘導加熱装置、41 コイル、42a 両端部付近を加熱するコイル、42b 両端部付近を加熱するコイル、43 磁性体コア、55e 離型層、70 定着装置、71 均熱化ローラ、72 芯金、73 離型層、75 定着ローラ、75a 芯金、75b 発泡ゴム層、75c 金属導電層、75d 弾性層、75e 離型層、80 定着装置、81 定着ローラ、82 定着ベルト、82a 金属導電層、82b 弾性層、82c 離型層、83 均熱化ローラ、83a ヒートパイプ、83b 金属パイプ、84 加圧ローラ、85 誘導加熱装置、86 サーモパイル、87 剥離ブレード、88 剥離爪、100 定着ベルト、100a 離型層、100b 導電層、101 駆動ローラ、102 従動ローラ、103 励磁コイル、105 加圧ローラ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixing device, 2 fixing roller, 3 pressure roller, soaking roller, 5 peeling claw, 6 thermistor, 7 release layer, 8 core metal, 10 thermostat, 11 exciting coil, R arrow, N nip part, P Sheet, S gap, 30 fixing device, 32 fixing roller, 33 pressure roller, 35a cored bar, 35b foamed rubber layer, 35c metal conductive layer, 35d elastic layer, 35e release layer, 36 peeling blade, 37 peeling claw, 38 Temperature detector, 39 Thermostat, 40 Induction heating device, 41 Coil, 42a Coil for heating near both ends, 42b Coil for heating near both ends, 43 Magnetic body core, 55e Release layer, 70 Fixing device, 71 Uniformity Heating roller, 72 core metal, 73 release layer, 75 fixing roller, 75a core metal, 75b foam rubber layer, 75c metal conductive layer, 75d Elastic layer, 75e release layer, 80 fixing device, 81 fixing roller, 82 fixing belt, 82a metal conductive layer, 82b elastic layer, 82c release layer, 83 soaking roller, 83a heat pipe, 83b metal pipe, 84 heating Pressure roller, 85 induction heating device, 86 thermopile, 87 peeling blade, 88 peeling claw, 100 fixing belt, 100a release layer, 100b conductive layer, 101 driving roller, 102 driven roller, 103 exciting coil, 105 pressure roller.
Claims (14)
前記加熱部材に圧接し、前記加熱部材と協働してシートを挟持搬送する加圧部材と、
前記加熱部材を加熱する加熱部と、
を備える定着装置。 A heating member in which diamond fine particles are dispersed and contained in at least the surface layer;
A pressure member that press-contacts the heating member and sandwiches and conveys the sheet in cooperation with the heating member;
A heating unit for heating the heating member;
A fixing device.
前記均熱化ローラを含む複数のローラに巻架され、前記複数のローラの回転に伴ってベルト面が移動する無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトのベルト面に圧接し、前記ベルト面と協働して、シートを挟持搬送する加圧ローラと、
前記定着ベルトを加熱する加熱部と、
を備える定着装置。 A soaking roller having a layer containing at least diamond-like carbon on the surface;
An endless fixing belt that is wound around a plurality of rollers including the temperature-uniforming roller, and whose belt surface moves with the rotation of the plurality of rollers;
A pressure roller that press-contacts the belt surface of the fixing belt and cooperates with the belt surface to sandwich and convey the sheet;
A heating unit for heating the fixing belt;
A fixing device.
The fixing device according to claim 12, wherein the heat equalizing roller includes a heat pipe therein.
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